Katodemateriale fremstillet af organiske molekyler forbedrer genopladelige batteriers grønne legitimation

Indarbejdelse af organiske materialer i lithium -ion -batterier kan sænke deres omkostninger og gøre dem mere miljøvenlige, A*STAR -forskere har fundet. Teamet har udviklet en organisk baseret batterikatode, der har betydeligt forbedret elektrokemisk ydeevne i forhold til tidligere organiske katodematerialer. Vigtigt, det nye materiale er også robust, forbliver stabil over tusinder af batteriopladnings-/afladningscyklusser.

Katoden, den positive elektrode i Li-ion-batterier, er en kritisk komponent. En elektronmangel, stift organisk molekyle kaldet hexaazatrinaphthalen (HATN) blev tidligere undersøgt som et organisk katodemateriale til lithiumionbatterier. Imidlertid, dens lovende indledende ydelse faldt hurtigt under brug, fordi molekylet begyndte at opløses i batteriets flydende elektrolyt.

Et nyt katodemateriale, hvor HATN blev kombineret med grafenoxid for at forhindre det organiske materiale i at opløses, er nu blevet udviklet af Yugen Zhang og hans kolleger fra A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology.

I grafenoxid, et enkelt atom tykt lag af carbonatomer er delvist dækket af et lag oxygenatomer. "Graphenoxid har fremragende elektronisk ledningsevne, og overflade iltfunktionalitet, der kan danne hydrogenbindende interaktioner med HATN, "Siger Zhang. Han forklarer, at dette gjorde grafenoxid til en lovende kandidat til dannelse af et HATN-grafenoxid-nanokomposit.

Nanokompositens ydeevne oversteg forventningerne. Materialerne kombinerede til dannelse af kerneskal-nanoroder, hvor HATN var belagt med grafenoxid. "Graphenoxid og HATN dannede en meget flot sammensat struktur, som løste opløsningen af ​​HATN i elektrolyt og gav katoden meget god cykelstabilitet, "Siger Zhang. Et lithiumionbatteri, der brugte dette materiale, da dets katode beholdt 80 procent af dets kapacitet efter 2000 opladnings-/afladningscyklusser.

Holdet så endnu bedre ydeevne, da de kombinerede grafenoxid med et HATN -derivat kaldet hexaazatrinaphthalen -tricarboxylsyre (HATNTA). Et batteri fremstillet af dette materiale beholdt 86 procent af dets kapacitet efter 2, 000 opladnings-/afladningscyklusser. Den forbedrede ydeevne skyldes sandsynligvis de polære carboxylsyregrupper på HATNTA -molekylet, som knyttet molekylet endnu stærkere til grafenoxidet.

Teamet fortsætter med at udvikle nye materialer for at forbedre ydelsen af ​​organiske katoder, Siger Zhang. Bortset fra at undersøge alternativer til grafenoxid, teamet arbejder også på HATN-baserede porøse polymerer til brug som organiske katodematerialer, hvilket skal forbedre ionstrømmen under batteriopladning og afladning.